DE1805279A1 - Elektrischer Impulsgenerator - Google Patents

Description

betreffend
Elektrischer Impulsgenerator.

Die Erfindung bezieht sich auf einen Generator, der Impulse mit einer regelmäßigen Frequenz erzeugt, die z.B. dazu dienen, eine Uhr anzutreiben·

Eine Anwendbarkeit der Erfindung ist bei elektrischen Uhren der Bauart gegeben, denen die benötigte Energie durch kleine elektrische Batterien zugeführt wird, und insbesondere bei im Haushalt verwendeten Uhren, z.B. auf einem Kaminsims angeordneten oder an einer Y/and aufgehängten Uhren sowie bei in Fabriken verwendeten Haupt- und Nebenuhren. Derartige Uhren sind im Gegensatz zu nicht ortsfesten Uhren oder in Fahrzeugen verwendeten Uhren keinen Schwingungen oder anderen schädlichen Bewegungen ausgesetzt,

ü-emäß der Erfindung dient eine Drehwaage oder ein Pendel dazu, die Frequenz zu bestimmen, mit der die Impulse erzeugt werden.

Die schwingenden Bewegungen einer solchen Drehwaage bzw« eines Drehpendels können dazu dienen» eine elektrische Schaltung an bestimmten Punkten im Verlauf einer Schwingung zu triggern, und die elektrische Schaltung kann dazu dienen, das Pendel in schwingender Bewegung zu halten und die für den Antrieb einer Uhr benötigte Energie zu liefern·

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ORIGINAL INSPECTED

Elektrische Impulse können direkt einer Vorrichtung zugeführt werden, mittels deren eine. Uhr angetrieben wird, und das Pendel könnte außerdem mehrere von einer Hauptuhr aus gesteuerte Nebenuhren steuern. In diesem Fall könnte jede Nebenuhr mit einer eigenen Batterie und einer Uhrantriebsvorrichtung ausgerüstet sein, und dieser Nebenuhr werden von der Unruhe bzw· dem Pendel aus lediglich Schaltsignale mit einer regelmäßigen !Frequenz zugeführt, durch die die Nebenuhr gesteuert wirdβ

Gemäß einem Merkmal der Erfindung wird ein Uhrwerk vorgesehen, das ein schwingendes Bauglied und eine Vorrichtung umfaßt, die in der Nähe der Sehwingungsbahm dieses Baugliedes, jedoch in einem Abstand davon angeordnet iat und dazu dient, aus den Schwingungen des Baugliedes Zeitfeägtim*« mungsimpulse abzuleiten.

Gemäß der Erfindung werden keine beweglichen elektrischen Kontakte benötigt, und bei der bevorzugten Ausführungsform arbeitet die nahe dem schwingenden Bauglied angeordnete Vorrichtung zum Erzeugen der Impulse auf elektromagnetischem Wege, und sie umfaßt eine ortsfeste Wicklung, die in einem kleinen Abstand von der Bewegungsbann eines auf dem schwingenden Bauglied angeordneten Bauermagneten angeordnet ist. Es würde auch möglich sein, solche Impulse auf kapazitivem Wege zu erzeugen·

Die nahe dem schwingenden Bauglied angeordnete Vorrich·- tung dient vorzugsweise auch dazu, Impulse zu erzeugen, mittels deren die schwingende Bewegung dieses Baugliedes aufrechterhalten wird, z.B₉ dadurch, daß eine Wicklung erregt wird, um ein Magnetfeld zu erzeugen, das mit dem Magnetfeld des Dauermagneten reagiert, so daß während Jede? vollständigen Schwingung dem schwingenden Bauglied zweimal ein Impuls zugeführt wird_#

Genauer gesagt sieht die Erfindung eine elektrische Schaltung vor, die einen Eingang umfaßt, dem ein Signal durch die nahe dem schwingenden Bauglied angeordnete Vorrichtung zugeführt wird, sowie einen Ausgang für ein Signal zum An-

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ORiGlNAL

treiben des Uhrwerks, das ζ·Β. einen Elektromagneten in Intervallen erregt, die durch die Eigens ciiwingungs zahl des schwingenden Baugliedes bestimmt sind, wobei jeder Impuls dazu dient, das Uhrwerk jeweils um einen Schritt weiterzubewegen·

Ein Merkmal der erfindungsgemäßen Schaltung besteht in der Verwendung einer mit sehr hohem Gewinn arbeitenden negativen Rückkopplungsschleife, die bestrebt ist, die Schaltung in einem Zustand zu halten, der einem Zustand nahe benachbart ist, bei dem das Eintreffen eines Antriebsimpulses von der erwähnten Vorrichtung zu einer Betätigung führt· Die Schaltung kann z.B. Sransistoren oder gleichwertige Vorrichtungen umfassen, die so angeordnet sind, daß sie sich normalerweise gerade an der Schwelle der leitfähigkeit befinden, so daß die Vorrichtungen ansprechen, sobald ihnen ein verhältnismäßig schwacher Eingangsimpuls zugeführt wird·

Eine solche Schaltung, die keine beweglichen Teile zu umfassen braucht, kann automatisch in der gewünschten Weise im vorgespannten Zustand gehalten werden, und zwar ohne Rücksicht auf Änderungen der Batteriespannung, der Temperatur und der elektrischen Werte der Schaltungselemente·

Ein Impulsgeber-Elektromagnet für eine Vorrichtung zum Antreiben von Uhrzeigern kann eine Magnetwicklung, einen Stator und einen Anker umfassen; hierbei ist der Anker auf dem Stator mit Hilfe einer dünnen Blattfeder'so gelagert, daß die Schwerkraft die größte Kraft bildet, die der magnetischen Anziehungskraft entgegenwirkte Der Elektromagnet zum Erzeugen der Impulse arbeitet im wesentlichen reibungsfrei· Der Spalt zwischen dem Anker und dem Stator ist vorzugsweise gegen die Längsachse der liagnetwicklung geneigt, so daß ein Spalt vorhanden ist, der bei der Bewegung des Ankers in Richtung aul den Stator nur zu einer minimalen Änderung der magnetischen Kraft Anlaß gibt. Vorsugsweise führt der Anker gegenüber dem Stator eine rollende Bewegung aus. Es ist zweckmäßig, wenn der Ämter einen mit einem 3-egengewicht versehenen Arm trägt uder einen Arm der selbst als G-egengewicht wirkt und an seinem freien Ende eine elastische Klinke trägt, mittels deren das Zahnradgetriebe für die Stunden- und !.iinutenzeiger der uhr angetrieben

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ORlGtNAL

Bei einer Ausfünrungsform der Erfindung ist die Drehfederwaage bzw« das Pendel an einem langgestreckten Bauglied aufgehängt, das einen rechteckigen Querschnitt hat, dessen eine Seite erheblich langer ist als die andere Seite.

Das Drehpendel kann durch eine einen Bestandteil der elektriscnen Schaltung bildenden elektromagnetische Vorrichtung angetrieben werden, und es kann ein Dauermagnetarmsystem tragen, das mit einer ortsfesten, flachen und dünnen Betätigungswicklung zusammenarbeitet, die sich während jeder halben Drehung des Drehpendels zwischen den Magnetarmen hindurch bewegt.

Das Drehpendel wird vorzugsweise unter Ausnutzung der magnetischen Abstoßung angetrieben. .

Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Fig. 1 zeigt schematisch ein Chronometer-Torsionspendel zum Bestimmen der Frequenz von Indeximpulsen, die einer Zeigerbetätigungsvorrichtung zugeführt werden sollen, und läßt die Beziehung zwischen dem Drehpendel und den elektrischen v7icklungen erkennen.

Fig. 2 zeigt schematisch die Zeigerantriebsvorrichtungo

Fig. 3 zeigt in einem Schaltbild, auf welche Weise die Wicklungen mit einer Elektromagnetwicklung zum Betätigen der Zeigerantriebsvorrichtung verbunden sind«.

Die Zeigerbetätigungsvorrichtung wird dadurch betätigt, daß ihr Indeximpulse mit einer vorbestimmten Frequenz zugeführt werden, mittels deren eine Magnetwicklung 5 erregt wird, so daß die Zeiger der Uhr mit der gleichen Frequenz schrittweise gedreht werden,,

Nachstehend wird die Frequenzregelung an Hand von Fig. T beschrieben. Die Frequenz wird durch die Schwingungen eines Drehpendels bestimmt, das einen allgemein flachen Aufhängungs-

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βΑΟ ORIGINAL,

streifen 21 umfaßt, an dem mit seinem mittleren Teil ein Gewicht 19 in Form einer flachen Scheibe aufgehängt ist, so daß es Drehschwingungen um die Achse des ütreifens ausführen kann. Das- Gewicht 19 trägt einen Dauermagneten 25, der sich jeweils am Mittelpunkt einer Schwingung in Fluchtung mit der gemeinsamen Achse von zwei flachen Wicklungen 11 und 12 befindete Die Wicklung 11 ist so angeordnet, daß sich die beiden Schenkel 26 des Dauermagneten oberhalb und unterhalb der Wicklung bewegen, so daß die Wicklung einem kräftigen Magnetfeld ausgesetzt wird. Die Wicklung 12 dient dazu, dem Drehpendel Antriebsimpulse zuzuführen, und sie ist außerhalb des Saums zwischen den Schenkeln 26 des Magneten angeordnet; daher wird die "Wicklung dem Streufeld eines Schenkels des Dauermagneten ausgesetzt, und es hat sich gezeigt, daß diese Wirkung ausreicht, da die Wicklung zum Zuführen von Impulsen zu dem Drehpendel nur mit einem schwachen Magnetfeld zusammenzuarbeiten brauchte Die Fühlwicklung 11 erzeugt einen Triggerimpuls, wenn sich die Schenkel des Magneten an ihr vorbei bewegen; dieser Impuls dient dazu, die in Fig. 3 gezeigte Schaltung mit der genau vorbestimmten Frequenz des Pendels zu triggern, und die Zuführung jedes Triggerimpulses bewirkt, daß der Elektromagnet 5 zum Antreiben der Uhrzeiger einen zeitlich genau bestimmten Impuls erzeugt; ferner wird ein Impuls in der Wicklung 12 erzeugt, der ein Magnetfeld erzeugt, das so angeordnet ist, daß es eine Kraft liefert, die bestrebt ist, das Pendel durch eine magnetische "Wechselwirkung zwischen der Wicklung 12 und dem Dauermagneten 25 im schwingenden Zustand zu halten.

Auf diese Weise wird das Pendel in schwingender Bewegung gehalten, und es ist ersichtlich» daß keine beweglichen elektrischen Kontakte vorhanden sind, die hängenbleiben oder pendeln oder sich abnutzen* oder im laufe der Zeit das einwandfreie Arbeiten der Uhr beeinträchtigen könnten_e

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Aufhängungsstreifen 21 des Torsionspendels an beiden Enden mit Hilfe von nicht dargestellten Backen oder dergleichen eingespannt, die den Streifen auf beiden Seiten längs einer Berührungslinie festhalten, so daß die wirksame länge des Streifens genau

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bestimmt ist und sich im Laufe der Zeit nicht ändern kann. Vorzugsweise ist die obere Haltevorrichtung so gelagert, daß sie sich um eine Achse drehen kann, die im rechten Winkel zur Jibene des Streifens verläuft, so daß unerwünschte Spannungen in dem Aufhängungsstreifen für den Fall vermieden werden, daß ein Fluchtungsfehler zwischen den Haltevorrichtungen auftritt.

Nachstehend wird die Vorrichtung zum Antreiben der Uhrzeiger an Hand von Fig. 2 beschrieben. Gemäß Fig. 2 umfaßt der Elektromagnet 5 zum Betätigen der Uhrzeiger eine Magnetwicklung 8, einen Stator 9> einen Anker 10 und ein Polstück 11. Der Anker 10 wird gegenüber dem Stator 9 dadurch in seiner Lage gehalten, daß er an einem Arm 15 angeschweißt ist, der um einen Stütz- oder Drehpunkt an einer sehr dünnen Blattfeder 12 aus Stahl schwenkbar ist; durch die Blattfeder wird praktisch keine Federkraft und keine vorher eingestellte Kraft aufgebracht. Der Anker 10 umfaßt einen gekrümmten hinteren Abschnitt 7, der eine Rollbewegung gegenüber dem Stator 9 ausführen kann. Der Anker 10 ist so ausgebildet, daß eine geneigte Spaltfläche 13 vorhanden ist, die parallel zu einer Polfläche H verläuft. Das Vorhandensein des abgewinkelten parallelwandigen Spaltes führt dazu, daß sich im Verhältnis zu einer Bewegung nur eine kleine Änderung der Kraft ergibt. Die Blattfeder 12 ist so dünn, daß ein bemerkbarer Einfluß auf die Betriebsfrequenz der Vorrichtung vermieden ist, und daß die Schwerkraft die einzige größere Kraft bildet, die der magnetischen Anziehungskraft entgegenwirkt, die von der Magnetwicklung 8 auf den Anker 10 ausgeübt wird. Daher dient die Blattfeder bzw. das dünne Bauteil 12 nur dazu, den Anker 10 in seiner Lage zu halten, und es braucht nicht genau eingestellt zu werden. Am freien Ende des mit dem Anker 10 verbundenen Armes 15 ist ein Gegengewicht 16 befestigt und außerdem eine Klinke 17 in Form einer Blattfeder öd angebracht, die mit den Zähnen einer schematisch angedeuteten Vorrichtung 18 zur schrittweisen Betätigung der Uhrzeiger zusammenarbeitet,
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ο Im folgenden wird die elektrische Schaltung v§& Hand von ^ Fig. 3 beschrieben. Die Fühlwicklung L1 ist mit der Basis eines -J Transistors Jl verbunden, dessen Kollektor an die Basis eines

• Transistors J2 angeschlossen istj die Magnetwicklung 8 und die Wicklung L2 zum Antreiben des Dreh-

pendeis mittels Impulsen sind parallelgeschaltet und liegen im Kollektorkreis des Transistors J2; der Kollektor-Emitter-Kreis des Transistors J2 und die die Last "bildenden Wicklungen sowie der Basis-Emitter-Kreis eines weiteren Transistors J3 sind in Reihe geschaltet und an eine Batterie 41 angeschlossen. Die Wicklung L2 ist mit einem Halbleitergleichrichter 42 in Reihe ges.chaltet, so daß beim Abfallen des Elektromagneten der Magnet nach beendeter Erregung der Wicklung 8 und nachdem die Uhrzeiger um einen Schritt weitergedreht worden sind, die entstehende Rückspannung nicht zu einer Erregung der Wicklung L2 führt. Der Transistor J3, dessen Kollektor mit dem Knotenpunkt zwischen zwei Widerständen R2 und R3 verbunden ist, die einen Spannungsteiler bilden und die Basis-Vorspannung des Transistors J1 bestimmen, vervollständigt eine negative Rückkopplungsschleife, die mit einem sehr hohen Gewinn arbeitet und die Schaltung in ihren Gleichgewichtszustand zurückführt, sobald der in der Fühlwicklung L1 erscheinende Triggerimpuls seine Wirkung auf die Wicklung 8 ausgeübt hat. Diese negative Rückkopplungsschleife erhält automatisch einen Gleichgewichtszustand aufrecht, wenn in der Fühlwicklung L1 kein Impuls vorhanden ist; bei diesem Gleichgewichtszustand werden alle Transistoren J1, J2 und J3 kurz vor dem Zustand der leitfähigkeit gehalten. Dieser Zustand wird nicht in einem bemerkbaren Ausmaß durch erhebliche Änderungen der Batteriespannung, der Umgebungstemperatur oder der elektrischen Werte der Schaltungselemente beeinflußt. Der Gewinn kann bei' jedem der drei Transistoren in der Größenordnung von 100 liegen.

Damit ein Triggerimpuls die Einstellung der Schaltung nicht stören kann, ist der Widerstand R3 des Spannungsteilers zum Einstellen der Vorspannung der Basis des Transistors J1 in Reihe mit einem großen Kondensator CM geschaltet, so daß die negative Rückkopplungsschleife mit einer großen Zeitkonstante von etwa 47 see arbeitet. Da diese Zeitkonstante erheblich größer ist als die Einschaltzeit der Schaltung beim Antreiben der Uhr, ändert sich die Vorspannung nicht in einem bemerkbaren Ausmaß, wenn sie durch einen Triggerimpuls eingeschaltet wird.

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Bei einem typischen Arbeitsspiel wird eine Einschaltung auf die Dauer von 0,2 see, eine Abschaltung auf die Dauer von 4,8 see, eine Einschaltung auf die Dauer von 0,2 see usw· bewirkt, so daß dem Kondensator 01 eine reichlich bemessene Zeit zur Verfugung steht, und sich der Kondensator während der Abschaltzeit wieder aufladen kann.

Die beschriebene Schaltung bietet den Vorteil, daß sie nicht eingestellt zu werden braucht, und daß die Vorspannung der Transistoren durch die Rückkopplungsschleife automatisch unabhängig von Änderungen der Batteriespannung und der Temperatur eingestellt wird. Tatsächlich hängt die Vorspannung nicht von den Kennwerten der Transistoren oder den Widerstandswerten der V/iderstände ab. ■

Gemäß Fig. 3 ist ein Beschleunigungs- und Verzögerungsschalter 43 vorgesehen, der in der nachstehend beschriebenen Weise arbeitet. Wird der Schalter 43 geschlossen, wird die Basis des Transistors J2 über einen Widerstand E5 mit dem negativen Pol der Batterie 41 verbundene Daher wird der Transistor J2 leitfähig, so daß ein Strom durch die Zeigerbetätigungswicklung 8 fließen kann, v/ird der Schalter 43 wieder geöffnet, fällt der Anker des Elektromagneten ab, und die Zeiger der Uhr werden entsprechend 5 see weitergedreht. Dies wird so oft wiederholt, wie es erforderlich ist«, Wird der Schalter 43 geschlossen gehalten,- bleibt der Anker des Elektromagneten in seiner .Ruhestellung, so daß die Uhr bei jeder halben Schwingung des Jrendels 5 see verliert.

Zwar wird es vorgezogen, die Impulse so zu erzeugen, daß Keine körperliche Berührung mit schwingenden Teilen erforderlich ist, z.B. mit ^ilfe der wicklung.11, doch ist es auch möglich, während, der Schwingungen Kontakte mecnanisch zu betätigen.

Somix iionn^e der Streifen 21 einen in seitlicher Hichtung. steifen kontalctarn tragen, der sich im rechten Winkel zur Breite und Länge des cxreifens- erstreckt und. in einem Abstand von der Auihängun^ angeordnet ist, der etwa einem hundertste! der länge oes otreii'ii-js entspricht* .Dieser Arm würde wänrend

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der Schwingungen zwei ortsfeste elektrische Kontakte auf beiden Seiten des Streifens öffnen und schließen Für eine solche Anordnung wäre ein Stahlstreifen mit einer Dicke von etwa
0,165 mm, einer Breite von etwa 0,63 mm und einer Länge von etwa 100 mm geeignet, und ein Kontaktarm mit einer Länge von etwa 12,5 mm würde in einem Abstand von etwa 1,00 mm von der Verankerung angeordnet sein*

Patentansprüche; 909842/0957

Claims (1)

1. DR. ING. F. WUESTHOFF 8 MÜNCHEN 9O 10Πζ970

   DIPL·. ING. G. PULS SCHWEIOERSTRASSE al « U J ^ / CJ

   DR.E.V.PEOHMANN nun», S2 0esi

   DR. ING. D. BEHRENS ,»»»»„„«»β. ,

   PATENTANWÄLTE pbotbotpatekt München

   1A-35 280

   PATE HIÄI3 PSÜCHE

   1o Elektrischer Impulsgenerator, z„B. zum Steuern eines Uhrwerks, dadurch, gekennzeichnet , daß die Frequenz der erzeugten Impulse durch, eine Drehwaage ein Sa?efePendel (19) bestimmt ist,

   2 β Impulsgenerator nach. Anspruch 1, dadurch g e kennzeichnet , daß der Drehwaage bzw» dem Rendel Antriebsimpulse durch, eine elektromagnetische Kopplung (12, 26) oder eine kapazitive kopplung zugeführt werdeno

   5« Impulsgenerator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Pendelgewicnt die form eines Zylinders oder einer Scheibe hat und so angeordnet ist, daß es sich um seine Polarachse drehen kann, und daß die Antriebsimpulse dem Pendelgewicht so zugeführt werden, daß sie auf das Pendelgewicht eine tangential gerichtete Kraft aufbringen·

   4ο Impulsgenerator nach Anspruch 3* dadurch gekennzeichnet, daß ein auf dem Rand des Drehpendelgewichtes ein Magnet angeordnet ist, der sich bei jeder Schwingung·in unmittelbarer Mähe einer Wicklung zum Erezugen von Pendelantriebsimpulsen und/oder einer V/ieklung zum fühlen zeitabhängig erzeugter Impulse bewegt·

   5 ο Impulsgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine Schaltung mit einem mit dem Drehpendel gekoppelten Eingang, der mit dem Drehpendel z.Bο durch eine tficklung zum fühlen zeitabhängig erzeugter Impulse gekoppelt ist, und einem Ausgang, der es

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   ermöglicht, eine Wicklung zum Erzeugen von Indexbewegungen und/oder eine Wicklung zum Erzeugen von Pendelantriebsimpulsen zu erregen, wobei die Schaltung eine mit sehr hohem negativem Gewinn arbeitende Rückkopplungsschleife umfaßt, die bestrebt ist, die Schaltung in einem Zustand zu halten, der dem Zustand einer Betätigung in Abhängigkeit vom Eintreffen eines Eingangimpulses unmittelbar benachbart ist.

   6. Impulsgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet , daß die Impulse die Erregung einer zum Erzeugen von Indexbewegungen dienenden Wicklung steuern, die einem Stator und einem beweglichen Anker zugeordnet ist, welch letzterer auf dem Stator durch eine dünne Blattfeder so in seiner Lage gehalten wird, daß die Schwerkraft die Hauptkraft bildet, die der magnetischen Anziehungskraft der Indexwicklung entgegenwirkt.

   7. Impulsgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennze ichne t, daß das Drehpendel an einem langgestreckten Bauglied aufgehängt ist, das einen rechteckigen Querschnitt aufweist, bei dem eine Seite erheblich länger ist als die andere Seite.

   8. Impulsgenerator nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet , daß das langgestreckte Bauglied nahe seinem Aufhängungpunkt mit ortsfesten elektrischen Eontakteil zusammenarbeitet.

   9. Impulsgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß von dem Drehpendel, während es Schwingungen ausführt, Impulse mit Hilfe einer nicht in mechanische^ Berührung mit den schwingenden Bauteilen stehenden kühlvorrichtung abgenommen werden.

   10. Impulsgenerator¹ -^h einem der Ansprüche 1 lIs 9 ;Vr· eine Haupt- un:. Iiet or¹. ■.;..;·?:. umfassende An,.a-/c, er ..:.;:-'^h -

   k e η ü ζ e i c h ι. ■:-■. ^: _f a^.i iine oder :i.i ·:τ ^:r,- /·\.. .-■-■ durch die Impulse £■;.■.:;;.te~:-: weraen, jedc-h die öoL^:.v-i.· "-. "..'■; Pendels nicht oeeii;- \ >■·■■, ,- _n - c ■ ■ ·■ r .-. _{r n}

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